[發明專利]行星齒輪箱以及相關的機器人關節和機器人

有效

• 申請號: 201880091206.6
• 申請日: 2018-06-28
• 公開（公告）號: CN111868412B
• 公開（公告）日: 2022-12-30
• 發明（設計）人: 顧顥;楊基博;陶志強;秦健
• 申請（專利權）人: ABB瑞士股份有限公司
• 主分類號: F16H1/32
• 分類號: F16H1/32;F16H55/06
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所 11256
• 代理人: 范懷志

一種行星齒輪箱(100)包括：殼體(101)，沿第一軸線(X1)延伸；內耦合機構(106)，被布置在殼體(101)的內表面上；輸入部件(102)，被布置在殼體(101)內并且與殼體(101)同軸，并且可操作為圍繞第一軸線(X1)旋轉；嚙合機構(103)，被布置在殼體(101)中并且被耦合至輸入部件(102)，嚙合機構(103)具有偏離第一軸線(X1)的第二軸線(X2)，并且適于由輸入部件(102)驅動以在與內耦合機構(106)嚙合的同時圍繞第二軸線(X2)旋轉；以及輸出部件(104)，被耦合至嚙合機構(103)并且適于通過嚙合機構(103)的旋轉而致動，以圍繞第一軸線(X1)旋轉；其中內耦合機構(106)的至少嚙合表面和輸出部件(104)的至少嚙合表面由金屬和非金屬材料中的一種制成，并且嚙合機構(103)的至少嚙合表面由金屬和非金屬材料中的另一種制成。

技術領域

本公開的實施例主要涉及一種行星齒輪箱以及相關的機器人關節和機器人。

背景技術

行星齒輪箱是一種齒輪系統，包括圍繞中心齒輪(即，太陽齒輪)旋轉的一個或多個外齒輪(即，行星齒輪)。通常，行星齒輪被安裝在可動臂或托架上，該可動臂或托架本身可以相對于太陽齒輪旋轉。行星齒輪箱還包括使用與行星齒輪嚙合的外齒圈或環面。行星齒輪機構通常劃分為簡單行星齒輪機構或復合行星齒輪機構。簡單行星齒輪機構具有一個太陽齒輪、一個齒圈、一個托架和一個行星齒輪組。

作為一種特殊的行星齒輪箱，擺線減速器能夠以緊湊尺寸獲得相對高的傳動比。擺線減速器的輸入軸驅動偏心軸承，進而以偏心擺線運動驅動輪。該輪的周邊被形成為固定齒圈，并且具有一系列穿過輪面設置的輸出軸銷或輥。這些輸出軸銷在輪旋轉時直接驅動輸出軸。輪的徑向運動不會傳遞到輸出軸。

行星齒輪箱中使用的各種部件通常均由金屬材料制成，導致行星齒輪箱較重且無法滿足對機器人或機器人關節的輕量化要求。此外，形狀特別復雜的金屬部件，例如齒輪、輪等，通常需要極高的加工成本。此外，還存在一些全部由非金屬部件組裝而成的傳統行星齒輪箱。然而，這種非金屬行星齒輪箱傳動效率低且扭矩能力差，例如，僅能達到5Nm。

發明內容

本公開實施例提供了一種行星齒輪箱，其包括彼此接觸或嚙合的金屬部件和非金屬部件。

在第一方面，提供了一種行星齒輪箱。行星齒輪箱包括：殼體，沿第一軸線延伸；內耦合機構，被布置在殼體的內表面上；輸入部件，被布置在殼體內并且與殼體同軸，并且可操作為圍繞第一軸線旋轉；嚙合機構，被布置在殼體中并且耦合至輸入部件，嚙合機構具有偏離第一軸線的第二軸線，并且適于由輸入部件驅動，以在與內耦合機構嚙合的同時圍繞第二軸線旋轉；以及輸出部件，被耦合至嚙合機構并且適于通過嚙合機構的旋轉而被致動，以圍繞第一軸線旋轉；其中內耦合機構的至少嚙合表面和輸出部件的至少嚙合表面由金屬材料和非金屬材料中的一種材料制成，并且嚙合機構的至少嚙合表面由金屬材料和非金屬材料中的另一種材料制成。

通過使用非金屬代替金屬材料制成行星齒輪箱中彼此嚙合的部件的至少嚙合表面，降低了行星齒輪箱的總重量。此外，具有復雜形狀的某些部件可以通過模制非金屬材料而被一體形成，以降低加工難度。此外，與相同材料之間的磨損和應力相比，金屬與非金屬之間的磨損和應力可以被顯著減小。另外，通過使金屬部件與非金屬部件嚙合，可以減少金屬部件的熱處理。

在一些實施例中，內耦合機構包括均勻布置且平行于第一軸線的多個圓柱銷，以及形成有多個凹槽的支撐結構，每個凹槽用于接納相應的圓柱銷。對于擺線型行星齒輪箱，由于齒之間沒有彎折并且銷和嚙合機構之間僅存在滾動接觸，因此，使用由非金屬制成的某些部件可以進一步增加行星齒輪箱的壽命，同時保持輕量化。

在一些實施例中，內耦合機構和輸出部件中的至少一個由金屬材料制成，并且支撐結構和嚙合機構中的至少一個由非金屬材料制成。這樣，與金屬制成的殼體和嚙合機構相比，可以顯著降低制造難度與成本，并且因此可以提高精度。

在一些實施例中，支撐結構和嚙合機構中的至少一個分別被一體形成。因此，可以顯著提高制造效率。